Colaboración para garantizar la seguridad de los sistemas de comunicación del futuro
Las tecnologías emergentes, como los potentes ordenadores cuánticos capaces de vulnerar los protocolos de cifrado existentes, podrían suponer una amenaza para los sistemas de comunicación actuales. Para proteger estos sistemas y garantizar su estabilidad y seguridad, los investigadores trabajan en el desarrollo de redes de comunicaciones basadas en la computación cuántica. Combinar los conocimientos especializados de ambos lados del Atlántico contribuirá a acelerar la implantación de esta tecnología en los Estados Unidos y la Unión Europea. «La comunicación cuántica es una tecnología preparada para el futuro, que permite transmitir información de forma segura independientemente de las futuras tecnologías y soluciones», explica Klaus Jöns(se abrirá en una nueva ventana), coordinador del proyecto Qurope y catedrático de la Universidad de Paderborn(se abrirá en una nueva ventana) (Alemania). Estas redes de comunicación del futuro podrían revolucionar también la transmisión de datos y abrir el camino hacia un internet cuántico. «Una red cuántica permite conectar dispositivos cuánticos y facilitar el intercambio de información entre sensores u ordenadores de nueva generación», apunta Jöns. «Sin comunicación cuántica, estos dispositivos serán como guerreros solitarios, aislados, sin la conectividad que sí aprovechan sus homólogos clásicos».
Necesidad de una infraestructura de red
Qurope, un consorcio transatlántico de científicos de Europa, Reino Unido y Estados Unidos, tenía por objeto hacer avanzar las redes cuánticas mediante el desarrollo de una nueva arquitectura híbrida de repetidores cuánticos. Parte de la información cuántica se pierde cuando los fotones viajan a través de fibras ópticas. Los repetidores cuánticos contrarrestan estas pérdidas fraccionando la distancia entre los comunicadores. El consorcio logró probar sistemas de memoria cuántica gracias al acceso a la infraestructura de red cuántica desarrollada por socios estadounidenses. «La colaboración fue esencial para tener una perspectiva de conjunto», agrega Jöns. «Necesitamos una infraestructura de red cuántica mundial compatible, y el equipo estadounidense de la Universidad Stony Brook, dirigido por Eden Figueroa(se abrirá en una nueva ventana), ha creado una red cuántica. Aprendimos mucho de la infraestructura clásica que utilizaron para montar esta red, por ejemplo, utilizando la arquitectura White Rabbit(se abrirá en una nueva ventana) como mecanismo de sincronización para redes cuánticas».
Aplicaciones cuánticas en la vida real
El nuevo sistema de repetidores cuánticos del proyecto se basó en dos tecnologías innovadoras desarrolladas durante el mismo: pares de fotones entrelazados cuánticamente, con longitudes de onda ajustables y funcionamiento a demanda; y memorias cuánticas de banda ancha, diseñadas para almacenar y recuperar fotones entrelazados. A lo largo del proyecto, el equipo trabajó en una arquitectura de repetidores cuánticos de segunda generación, basada en mediciones de dos fotones. Esta arquitectura de dos fotones requiere fuentes de pares de fotones entrelazados a demanda y memorias cuánticas absorbentes. «Las arquitecturas de dos fotones auguran velocidades de cúbit mucho mayores en comparación con los protocolos de fotón único, siempre y cuando logremos interconectar sus diferentes tecnologías de forma eficiente», explica Jöns. Los investigadores probaron primero ambos componentes por separado y luego los interconectaron en el laboratorio, antes de evaluar el sistema en aplicaciones reales de distribución de claves cuánticas mediante redes de fibra óptica y enlaces en espacio libre. «Hemos teletransportado cúbits usando dos fuentes independientes de luz cuántica a través de redes de fibra óptica y enlaces en espacio libre. Nuestro consorcio ha sido el primero en lograrlo con puntos cuánticos semiconductores», comenta Jöns.
Implantación de la tecnología de redes cuánticas
La colaboración y determinación de los investigadores han sentado las bases para la implantación a gran escala de una comunicación cuántica eficiente y segura. En base a los resultados prometedores del proyecto Qurope, varios socios han puesto en marcha diferentes proyectos de seguimiento, financiados con fondos europeos, para mejorar el nivel de preparación tecnológica del sistema de repetidores cuánticos. «También nos hemos unido a una empresa(se abrirá en una nueva ventana) que desarrolla equipamiento para redes cuánticas, junto con otros investigadores, para promover la implantación de esta tecnología», concluye Jöns.